Погрешности при инфракрасном контроле

Лекция № 15. «Тепловизионный контроль электрооборудования и воздушных линий электропередачи»

Содержание лекции
15.1.	Общие положения
15.2.	Организация инфракрасной диагностики
15.3.	Погрешности при инфракрасном контроле
15.4.	Допустимые температуры нагрева
15.5.	Методы пересчёта и нормативы допустимого нагрева
15.6.	Оборудование, подлежащее тепловизионному контролю
15.7.	Порядок проведения ИК – контроляи примеры теплограмм

Общие положения.

Внедрение приборов инфракрасной техники (ИКТ) в энергетику является одним из основных направлений развития высокоэффективной системы технической диагностики, которая обеспечивает возможность контроля теплового состояния электрооборудования и электроустановок без вывода их из работы. Выявления дефектов на ранней стадии их развития, сокращает затраты на техническое обслуживание за счёт прогнозирования сроков и объёмов ремонтных работ. Тепловизионный контроль электрооборудования и воздушных линий электропередачи предусмотрен РД 34.45-51.300-97 "Объем и нормы испытаний электрооборудования". Для обеспечения единых технических требований к условиям и порядку проведения ИК - диагностики электрооборудования и оценки результатов измерений ОАО "Фирмой ОРГРЭС" разработаны Основные положения. При разработке этой методики учтены результаты работ по инфракрасной диагностике, проводившихся ОАО "Фирма ОРГРЭС" и рядом энергосистем, использованы информационные материалы фирм "Инфраметрикс" (США), "АГЕМА" (Швеция). В Основных положениях рассмотрены погрешности приИК - контроле и способы их устранения, конструктивные особенности электрооборудования, связанные с протеканием тепловых процессов при его работе, приведены нормы оценки теплового состояния токоведущих частей, термограммы характерных неисправностей электрооборудования. Термограммы ИК – контроля рекомендуется использовать для уточнения мест развивающихся дефектов маслонаполненного оборудования, выявленных хроматографическим анализом растворённых газов (ХАРГ) в трансформаторном масле.

15.2. Организация инфракрасной диагностики.

Схема организации и регламент инфракрасной диагностики энергетического оборудования представлены на Рис 1.

 

 

Рис.1Регламент проведения ИК - диагностики

 

Регламент проведения ИК - диагностики (1) включает в себя периодичность и объем измерений контролируемого объекта или совокупности объектов. Периодичность ИК - диагностики электрооборудования РУ и ВЛ определена лабораторией ИКТ с учётом опыта его эксплуатации, режима работы, внешних и других факторов и отражена в соответствующих рекомендациях.

Операция по проведению ИК - диагностики (2) должна выполняться приборами ИКТ, обеспечивающими достаточную эффективность в определении дефекта на работающем оборудовании.

Выявление дефекта (3) должно осуществляться по возможности на ранней стадии развития, для чего прибор ИКТ должен обладать достаточной чувствительностью даже при воздействии ряда неблагоприятных факторов, могущих наблюдаться в эксплуатации (влияние отрицательных температур, запылённости, электромагнитных полей и т.п.).

При анализе результатов ИК - диагностики (4) должна осуществляться оценка выявленного дефекта и прогнозирование возможностей его развития и сроков восстановления.

После устранения выявленного дефекта (5) необходимо провести повторное диагностирование (6) для суждения о качестве выполненного ремонта.

Базу данных (8) для ответственных объектов (трансформаторы, выключатели, разрядники) желательно закладывать в компьютер, с тем чтобы она отражала не только результаты ИК - диагностики, но и всю информацию о данном объекте, включая тип, срок службы, условия эксплуатации, режимы работы, объёмы и виды ремонтных работ, результаты профилактических испытаний и измерений и другие сведения, позволяющие на основании рассмотрения всего комплекса факторов, заложенных в память компьютера, судить о техническом состоянии объекта.

Погрешности при инфракрасном контроле.

Инфракрасный (ИК) контроль желательно проводить при отсутствии солнца (в облачную погоду или ночью), предпочтительно перед восходом солнца, при минимальном воздействии ветра в период максимальных токовых нагрузок, лучше весной - для уточнения объема ремонтных работ и (или) осенью - в целях оценки состояния электрооборудования перед зимним максимумом нагрузки. При проведении ИК - контроля должны учитываться следующие факторы:

- коэффициент излучения материала;

- солнечная радиация;

- скорость ветра;

- расстояние до объекта;

- значение токовой нагрузки;

- тепловое отражение и т.п.

Влияние излучательной способности.

Коэффициент излучения материала в общем виде зависит от длины волны, угла наблюдения поверхности контролируемого объекта и температуры. Для металлов в отличие от газообразных и жидких веществ спектральный коэффициент излучения изменяется весьма слабо. Коэффициент излучения помимо вышесказанного зависит также от угла наблюдения. Для металлов коэффициенты излучения постоянны в интервале углов наблюдения (0-40) градусов, для диэлектриков - в интервале углов (0-60) градусов.

За пределами этих значений коэффициент излучения быстро уменьшается до нуля при направлении наблюдения по касательной.

В электроустановках различие в углах наблюдения может возникнуть при проведении ИК - контроля под углом токоведущей шины (рис.2).

На участках А и С наблюдение осуществляется по нормали к плоскости шины, на участке В будет превалировать отражательная способность материала, что будет искажать картину теплового изображения.

Рис. 2. Положение ИК - прибора

с различными углами наблюдения к

токоведущей шине.

Солнечное излучение.

Солнечная радиация нагревает контролируемый объект, а также при наличии участков (узлов) с хорошей отражательной способностью создает впечатление о наличии высоких температур в местах измерения. Эти явления особенно проявляются при использовании ИК - приборов со спектральным диапазоном 2-5 мкм. Для исключения влияния солнечной радиации рекомендуется осуществлять ИК - контроль в ночное время суток (предпочтительно после полуночи) или в облачную погоду. При острой необходимости измерение в электроустановках при солнечной погоде рекомендуется производить для каждого объекта поочерёдно из нескольких диаметрально противоположных точек.

Ветер.

Если ИК - контроль осуществляется на открытом воздухе, необходимо принимать во внимание возможность охлаждения ветром контролируемого объекта (контактного соединения). Так, превышение температуры, измеренное при скорости ветра 5 м/с, будет примерно в два раза ниже, нежели измеренное при скорости ветра 1 м/с. В диапазоне скоростей 1-7 м/с справедлива формула

,

где DТ₁ - превышение температуры при скорости ветра V₁;

DТ₂ - то же при скорости ветра V₂.

Измерения при скорости ветра выше 8 м/с рекомендуется не проводить.

При пересчётах полученных значений превышения температуры можно помимо формулы пользоваться коэффициентами коррекции (табл.1).

 

Таблица 1коэффициентами коррекции в зависимости от скорости ветра.

 

Скорость ветра, м/с	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0
Коэффициент коррекции	1,0	1,36	1,64	1,86	2,0	2,23	2,4	2,5

 

Следует отметить, что зачастую сила ветра приИК - диагностике бывает переменной, поэтому указанный пересчёт может привести к дополнительным погрешностям.

Нагрузка.

Температура токоведущего узла (контактного соединения) зависит от нагрузки и прямо пропорциональна квадрату тока, проходящего через контролируемый участок:

,

где DT₁ - превышение температуры при токе I₁;

DT₂ - то же при токе I₂.

При необходимости пересчёт желательно проводить от более высокой нагрузки к более низкой и при близких значениях токов (отличия на 20-30%).

Тепловая энергия.

При переменной токовой нагрузке приходится считаться с тепловой инерцией контролируемого объекта. Так, тепловая постоянная времени для контактных узлов аппаратов составляет порядка 20-30 мин, поэтому при определении тока нагрузки по амперметру контролируемого присоединения не следует учитывать кратковременные "броски" тока, связанные с коммутационными процессами или режимом работы потребителя. Тепловая постоянная для вентильных разрядников составляет порядка 6-8 ч, поэтому результаты измерения тепловизором только что поставленного под напряжение разрядника могут оказаться ошибочными.

Дождь и снег.

Дождь, туман, мокрый снег в значительной степени охлаждают поверхность объекта, измеряемого с помощью ИК - прибора, и в определённой мере рассеивают инфракрасное излучение каплями воды; ИК - контроль допускается проводить при небольшом снегопаде с сухим снегом или лёгком моросящем дождике.

Магнитные поля.

При работе с ИК - приборами вблизи шин генераторного напряжения, реакторов и вообще в электроустановках с большими рабочими токами приходится сталкиваться с проблемой защиты ИК - прибора от влияния магнитного поля. Последнее вызывает искажение картины теплового поля объекта на кинескопе тепловизора или нарушает работу радиационного пирометра. При наличии магнитных полей при проведении ИК - контроля рекомендуется:

а) если токоведущие шины находятся над головой оператора с тепловизором или пирометром или вблизи него, постараться, перемещаясь около контролируемого объекта, выбрать местоположение с минимальным влиянием магнитного поля;

б) использовать объектив с меньшим углом наблюдения (например, 7x7°), что позволит осуществлять контроль за объектом с удалённого расстояния;

в) при контроле с помощью тепловизора с оптико-механическим сканированием можно сканер расположить вблизи объекта, ВКУ с кинескопом, используя длинный кабель от сканера, вынести за пределы зоны влияния магнитного поля.

Тепловое отражение

В ряде случаев, особенно при ИК - контроле токоведущих частей, расположенных в небольших замкнутых объемах (например, в КРУ или КРУН), приходится сталкиваться с возможностью получения ошибочных результатов из-за теплового отражения от нагревательных элементов, ламп освещения, соседних фаз и др. (рис.3).

Рис.3. Влияние теплового отражения

 

Последнее проявляется при контроле токоведущей части с малым коэффициентом излучения, обладающей хорошей отражательной способностью. В результате термографическая съёмка может показать горячую точку (пятно), хотя в действительности это просто тепловое отражение. Поэтому рекомендуется в подобных случаях производить ИК - обследование объекта под различными углами зрения и изменением местоположения оператора с ИК - прибором. При необходимости на время измерения отключается освещение объекта и т.п.

Нагрев индукционными токами.

В токоведущих частях электроустановок, обтекаемых значительными токами (например, шины генераторного напряжения), зачастую наблюдаются нагревы, обусловленные индукционными токами, циркулирующими в магнитных материалах. В качестве последних в токоведущих шинах могут быть пластины шинодержателей, крепёжные болты, близко расположенные металлоконструкции и т.п. Нагревы от индукционных токов, если они расположены вблизи контактных соединений, могут создавать ложное впечатление о перегреве последних.

Влияние дальности ИК – контроля.

Существенное значение приИК - контроле имеет расстояние до контролируемого объекта ввиду рассеяния и поглощения ИК - излучения в атмосфере за счёт тумана, снега и других факторов. Особенно это влияние сказывается при использовании тепловизоров, работающих в спектральном диапазоне 2-5 мкм. При использовании пирометров необходимо, чтобы площадь наблюдения по возможности соответствовала площади контролируемого объекта. В противном случае на результаты измерения будет оказывать влияние температура окружающей среды.